Einführung von "Unbestimmtheit" als einem Grundphänomen der Quantenphysik: Mithilfe von vergleichenden Betrachtungen von klassischer Physik und Quantenphysik wird die völlig andere Welt der Mikrophysik im Unterricht besprochen. Dabei wird deutlich, welche entscheidende Rolle bei atomaren Größenordnungen das vom Fotoeffekt her bereits bekannte Planck'sche Wirkungsquantum h spielt. Zunächst wird die sogenannte "Unbestimmtheit" als ein Grundphänomen der Quantenphysik in den historischen Kontext eingeordnet. Im Jahr 1927 fand der spätere Nobelpreisträger Werner Heisenberg Gesetzmäßigkeiten, die alle bis dahin als elementar geltenden Vorstellungen über die Physik des Mikrokosmos auf den Kopf stellen sollten. Mit seiner Unschärferelation konnte er die Grenzen dessen definieren, was sich über die Welt des Allerkleinsten aussagen lässt. Im Prinzip besagt seine Heisenberg'sche Unschärferelation, dass zwei bestimmte Eigenschaften eines Teilchens nicht beliebig genau gleichzeitig gemessen werden können . Mithilfe von vergleichenden Betrachtungen von klassischer Physik und Quantenphysik wird die völlig andere Welt der Mikrophysik im Unterricht besprochen; dabei wird deutlich, welche entscheidende Rolle bei atomaren Größenordnungen das vom Fotoeffekt her bereits bekannte Planck'sche Wirkungsquantum h spielt. Unbestimmtheit – ein Phänomen der Quantenphysik Die Eigenheiten der Quantenwelt zeigen sich einmal mehr, wenn man etwa bestimmte physikalische Größen – wie Ort und Geschwindigkeit – eines Teilchens gleichzeitig messen möchte: Egal wie genau die Messmethode auch sein mag – die beiden Eigenschaften lassen sich nicht gleichzeitig exakt bestimmen! Ist die Position eines Teilchens sehr genau bekannt, ist seine Geschwindigkeit weitestgehend unbestimmbar. Umgekehrt wissen wir kaum etwas über seinen Aufenthaltsort, wenn wir seine Geschwindigkeit und damit seinen Impuls sehr genau kennen. Der Physiker Werner Heisenberg erkannte dieses für Quantenobjekte charakteristische Naturgesetz und formulierte es mathematisch mit seiner berühmten – nach ihm benannten – Unschärferelation (HUR). Vorkenntnisse Physikalische Vorkenntnisse von Lernenden sind sicher nur – wenn überhaupt – sehr begrenzt vorhanden. Viele Gesetze der Quantenphysik widersprechen dem gesunden Menschenverstand, gehören aber neben der Relativitätstheorie zu den Säulen der modernen Physik mit ihren nicht mehr wegzudenkenden Anwendungen wie Navigationsgeräten oder – in absehbarer Zeit – Quantencomputern. Für viele Menschen scheinbar "unsinnige" Gesetze erklären, wie die Welt im Allerkleinsten funktioniert; deshalb sollten auch Lernende sich unbedingt mit diesen Themen halbwegs vertraut machen. Didaktische Analyse Die HUR bedeutet für die Lernenden, dass sie den aus der klassischen Physik gewohnten Begriff der Bahn eines Teilchens nicht mehr anwenden können. Vielmehr können bei Quantenobjekten wie etwa Elektronen oder Photonen niemals die Eigenschaften "Ort" und "Impuls" – wie in der klassischen Physik selbstverständlich – gleichzeitig exakt bestimmt werden. Dennoch scheinen in einer Röhre erzeugte Elektronen bei Schulversuchen durchaus auf einer wohldefinierten Bahn zu fliegen – diese nur scheinbare Diskrepanz findet aber bei Berechnungen ihre anschauliche Erklärung! Die Behandlung des schwierigen Themas "Unbestimmtheit" im Physikunterricht sollte für das Gros der Lernenden zu der Erkenntnis führen, dass die zugehörige Physik keine Hexerei, sondern ein von einem genialen Wissenschaftler gefundenes Naturgesetz ist, das einen nahezu unzugänglichen Mikrokosmos beschreibt, ohne den aber die Welt nicht so funktionieren würde wie sie es tut! Für den Unterricht sollten Lehrkräfte auf jeden Fall gut präpariert sein, um auf kritische Fragen sachkompetent eingehen und antworten zu können. Methodische Analyse Mit der HUR werden die Lernenden mit einem im Detail sehr schwierigen Stoff in der Sek II konfrontiert. Deshalb sollte man bei der Vermittlung des Stoffes darauf achten, dass die Fakten mithilfe von anschaulichen Abbildungen, Animationen, entsprechenden Videos und ergänzenden Übungsaufgaben so präsentiert werden, dass die grundlegenden Gesetzmäßigkeiten verstanden werden können. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wissen, dass es sich bei der HUR trotz der schwer nachvollziehbaren Mikrophysik um ein sehr bedeutsames Naturgesetz handelt. können die Gesetzmäßigkeiten der HUR in seiner einfachen Form gut herleiten und Berechnungen ausführen. kennen die Bedeutung der HUR im Rahmen der Quantenphysik für die Mikrophysik und daraus resultierende praktische Anwendungen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbständig Fakten und Hintergründe im Internet. können die Sachinhalte von Videos, Clips und Applets auf ihre Richtigkeit überprüfen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Paar- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. müssen sich mit den Ergebnissen anderer Gruppen auseinandersetzen und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben eine gewisse Fachkompetenz, um mit anderen Lernenden, Eltern, Freunden etc. diskutieren zu können.

In dieser Unterrichtseinheit zum Gedicht "Panther" von Rainer Maria Rilke wird die Lust an und auf Lyrik geweckt und die Leselust der Schülerinnen und Schüler gefördert.Wozu Lyrik heute? Diese Frage, berühmt geworden als Titel einer Arbeit von Hilde Domin ("Wozu Lyrik heute? Dichtung und Leser in der gesteuerten Gesellschaft". Fischer TB 1968), wird von Schülerinnen und Schülern vermutlich mit einem Achselzucken abgetan. Doch die Begeisterung für Songtexte zeigt, dass ein Bedürfnis nach lyrischen Texten da ist, dass sie im Alltag der Jugendlichen eine Rolle spielen. Die Unterrichtseinheit zu Rilkes "Panther" will einem Klassiker der deutschen Lyrik eine Art "Sitz im Leben zuweisen", die Lust an und auf Lyrik wecken und die Leselust fördern. Der Computer wird als praktisches Arbeitsmittel eingesetzt, die Auflösung des traditionellen linearen Lesens als Chance aufgegriffen, um Texte in vielfältige Beziehungen zu setzen und für die Interpretation zu nutzen.Die Konzeption des Unterrichts zu Rilkes "Der Panther" ist einerseits sehr ergebnisorientiert, denn sie zielt auf ein echtes (digitales) Produkt, ermöglicht andererseits ein ergebnisoffenes Arbeiten, das im Sinne konstruktivistischer Lerntheorien vielfältige individuelle Lösungen erlaubt. Herangehensweise Gedichte sind Texte, die sich vielen Leserinnen und Leser nur schwer erschließen. Sie fordern uns auf, genau hinzusehen. Während die Methoden des verzögerten Lesens (das Weglassen der Überschrift, das Zerschnippeln in Zeilen) in der Mittelstufe meist noch "funktionieren", fühlen sich die jungen Erwachsenen in der Kursstufe oft zu sehr gegängelt oder gar unterfordert, wenn ihnen - so ihr Eindruck - ein Text als Rätsel vorgelegt wird. Textrezeption als Basis für Hypertextproduktion Die Produktion von Hypertexten zwingt dazu, die verschiedenen Texte und Bilder, die ursprünglich nicht zusammengehören, miteinander in Beziehungen zu setzen und dabei logische Hierarchien aufzubauen. Man muss also die Sache genau durchdenken, gleichzeitig aber auch die angesprochenen Personen, also die potentiellen LeserInnen und deren Bedürfnisse nach Information, Anregung und Orientierung vorausschauend berücksichtigen. Präsentation als Zielsetzung Rilkes "Panther" wird als ganzer Text präsentiert, jedoch nicht allein, sondern im Verbund mit ganz unterschiedlichen Texten - fiktional erzählenden, autobiografischen, interpretierenden - und mit Bildern: "Der Panther" wird zum Ausgangstext eines Hypertextes, den die Schülerinnen und Schüler selbst erstellen und der im öffentlichen Raum Bestand haben muss - sei es kurs- oder schulintern, sei es im Netz. Motivationssteigerung Dass die Aussicht auf eine Veröffentlichung im Netz nicht nur die Motivation steigert, sondern auch zu sorgfältigem Arbeiten im Team zwingt, liegt auf der Hand. Medienkompetenz wird hier im doppelten Sinn erworben - als praktische Nutzungs- und Gestaltungskompetenz, aber auch als Beurteilungskompetenz gegenüber einem Medium, das auf Jugendliche eine große Faszination ausübt, die kritisches Denken oft verdrängt. Unterrichtsmaterial Diese Texte und Bilder, die sich auf je unterschiedliche Weise mit dem Gedicht "Der Panther" beschäftigen, bilden die Grundlage für die Unterrichtseinheit. Unterrichtsablauf Die einzelnen Unterrichtsschritte werden hier erläutert. Die Schülerinnen und Schüler finden einen Zugang zur Lyrik. setzen ein Gedicht mit anderen Texten und Bildern in Kontext. lernen hypertextlich denken und arbeiten. erstellen einen eigenen Hypertext und präsentieren ihn. Herangehensweise Gedichte sind Texte, die sich vielen LeserInnen nur schwer erschließen. Sie fordern uns auf, genau hinzusehen. Während die Methoden des verzögerten Lesens (das Weglassen der Überschrift, das Zerschnippeln in Zeilen) in der Mittelstufe meist noch "funktionieren", fühlen sich die jungen Erwachsenen in der Kursstufe oft zu sehr gegängelt oder gar unterfordert, wenn ihnen - so ihr Eindruck - ein Text als Rätsel vorgelegt wird. Textrezeption als Basis für Hypertextproduktion Die Produktion von Hypertexten zwingt dazu, die verschiedenen Texte und Bilder, die ursprünglich nicht zusammengehören, miteinander in Beziehungen zu setzen und dabei logische Hierarchien aufzubauen. Man muss also die Sache genau durchdenken, gleichzeitig aber auch die angesprochenen Personen, also die potentiellen LeserInnen und deren Bedürfnisse nach Information, Anregung und Orientierung vorausschauend berücksichtigen. Präsentation als Zielsetzung Rilkes "Panther" wird als ganzer Text präsentiert, jedoch nicht allein, sondern im Verbund mit ganz unterschiedlichen Texten - fiktional erzählenden, autobiografischen, interpretierenden - und mit Bildern: Der Panther wird zum Ausgangstext eines Hypertextes, den die SchülerInnen selbst erstellen und der im öffentlichen Raum Bestand haben muss - sei es kurs- oder schulintern, sei es im Netz. Motivationssteigerung Dass die Aussicht auf eine Veröffentlichung im Netz nicht nur die Motivation steigert, sondern auch zu sorgfältigem Arbeiten im Team zwingt, liegt auf der Hand. Medienkompetenz wird hier im doppelten Sinn erworben - als praktische Nutzungs- und Gestaltungskompetenz, aber auch als Beurteilungskompetenz gegenüber einem Medium, das auf Jugendliche eine große Faszination ausübt, die kritisches Denken oft verdrängt. Präsentation als Zielsetzung Rilkes "Panther" wird als ganzer Text präsentiert, jedoch nicht allein, sondern im Verbund mit ganz unterschiedlichen Texten - fiktional erzählenden, autobiografischen, interpretierenden - und mit Bildern: Der Panther wird zum Ausgangstext eines Hypertextes, den die SchülerInnen selbst erstellen und der im öffentlichen Raum Bestand haben muss - sei es kurs- oder schulintern, sei es im Netz. Motivationssteigerung Dass die Aussicht auf eine Veröffentlichung im Netz nicht nur die Motivation steigert, sondern auch zu sorgfältigem Arbeiten im Team zwingt, liegt auf der Hand. Medienkompetenz wird hier im doppelten Sinn erworben - als praktische Nutzungs- und Gestaltungskompetenz, aber auch als Beurteilungskompetenz gegenüber einem Medium, das auf Jugendliche eine große Faszination ausübt, die kritisches Denken oft verdrängt. Zunächst müssen Materialien gesammelt und/oder bereit gestellt werden. Alle Texte sind über den Buchhandel und über öffentliche Bibliotheken leicht zugänglich oder gehören sogar zum Bestand der schulinternen Lehrerbibliothek. Einige Gedichte und Bilder können Sie gleich hier für den Einsatz im Unterricht downloaden. Hersberger Malertreff - Bilder zu Rilkes "Panther" Diese Bilder verschiedener Malerinnen und Maler sind im Bildungswerk Schloss Hersberg, Immenstaad am Bodensee, entstanden. Die Aufgabe war: Setzen Sie das Gedicht malerisch um. Beim Vergleich der Bilder mit fotografischen Abbildungen aus Biologiebüchern wird klar, dass Malen und Zeichnen hier eine Form der Interpretation sind. Die Bilder können auch als Anregung aufgenommen werden, den Text durch ein Layout zu gestalten und damit zu deuten. Hartmut von Hentig. Meine deutschen Gedichte Eine Sammlung: Erhard Friedrich gewidmet. Seelze: Kallmeyer bei Friedrich in Velber 1999. S.578 Der Pädagoge und Philologe Hartmut von Hentig ordnet den Panther in das Kapitel "Bilder malen" ein. Der kurze Einleitungstext des Kapitels erklärt diese Einordnung und weist auf Parallelen zwischen der modernen bildenden Kunst und den Gedichten des Kapitels hin. Text- und Bildrezeption Methodisch beginnt die Unterrichtseinheit mit einer Stationenarbeit im Klassenzimmer - nicht im PC-Raum. Die Texte werden vergrößert fotokopiert und am besten in zwei bis drei Exemplaren im Raum ausgehängt. Die Schülerinnen und Schüler erhalten den Auftrag, alle Texte zu lesen (und die Bilder anzuschauen) und sich auf einer Art Laufzettel Notizen dazu zu machen. Um Staus zu vermeiden, bereitet die Lehrkraft dazu am besten Zettel mit den Nummern der Stationen vor und lost die jeweilige Anfangsstation aus. Weiter geht es dann im Uhrzeigersinn. Diskussion Schon hier werden sich ganz von selbst erste Gespräche über die Texte entwickeln. Der Ausgangstext - Rilkes "Panther" - wird immer wieder neu gelesen, das Textverständnis erweitert und vertieft sich im hermeneutischen Sinn. Verknüpfungen Die Schülerinnen und Schüler bilden Kleingruppen und versuchen, die Texte und Bilder (sowie gegebenenfalls andere Materialien aus dem Unterricht oder Websites) mit dem "Panther" in Beziehung zu setzen. Auf einem Papierbogen (DIN A 3) entwerfen sie die Struktur eines Hypertexts, sie verlinken die Texte, indem sie mit Hilfe ihrer Notizen "Platzhalter", Post-it-Zettel mit den wichtigsten Stichworten, aufkleben. Interpretation Auch formale Entscheidungen über die Hyperlinks, etwa ob sie von einzelnen Wörtern des Gedichts ausgehen oder von Begriffen einer Schaltfläche neben dem Text (Frame), müssen diskutiert werden und führen dabei in Interpretationsfragen. Dabei wird schnell klar, dass die Verlinkung der Texte allein nicht ausreicht. Textproduktion Erläuternde Einleitungen oder Kommentare müssen geschrieben werden. Da dies bei den Romanen, die übrigens allesamt ein ausgesprochenes Lesevergnügen sind, nur möglich ist, wenn diese im Ganzen zumindest kursorisch gelesen werden, bieten sich Buchvorstellungen oder Referate dazu an. Leseförderung entsteht so als Nebeneffekt. Kurzpräsentation Die verschiedenen Gruppenergebnisse werden im Plenum vorgestellt und diskutiert. Offline-Konzeption Die Fassung, die ins Netz gestellt werden soll, wird auf Packpapier mit den fotokopierten Texten (Bildern) vorbereitet. Die Verlinkung erfolgt mit Wollfäden. Die verschiedenen Hierarchieebenen werden dabei deutlich - und Spaß macht die Arbeit auch. Online-Realisation Erst jetzt geht es an den PC. Die technische Umsetzung des Hypertexts - das Einscannen oder Eintippen der Texte und der Umgang mit einem html-Editor - schreckt die Lehrkraft wahrscheinlich mehr als die SchülerInnen. Das Produkt der Arbeit kann den Schülerinnen und Schüler auf verschiedene Arten zur Verfügung gestellt werden: auf Diskette oder CD-ROM, am besten natürlich als "echte" Website. Auch hier kann die Lehrkraft fest auf die Ideen und das Engagement einiger Computer-Freaks bauen, die sich ohne Rücksicht auf den Schulgong darum kümmern, dass alles bestens läuft. Allen Anfängerinnen und Anfängern sei gesagt: Es ist nicht so schwer, wie man meint. Zur Not kauft man sich ein Computer-Handbuch und übt zu Hause. Natürlich bietet sich hier auch die Chance, die Lehrerrolle wirklich einmal an Schülerinnen und Schüler abzugeben, die sich auf diese Aufgabe allerdings vorbereiten müssen - auch methodisch. Im Portal Lehrer-Online ist eine Unterrichtseinheit von Claudia Mutter zu Rilkes Dinggedicht "Der Panther" veröffentlicht. Unter der Überschrift Text und Kontext weist eine kurze Einführung in das Thema ein und stellt tabellarisch die wichtigsten Fakten zur Unterrichtseinheit dar, wie sie hier wiedergegeben werden: Diese Angaben sind richtig und sinnvoll. Der benötigte Zeitraum wurde großzügig bemessen. Die Medien können bei Bedarf durch andere, gleichwertige Medien ersetzt werden. Auf Grund dieser Angaben kann sich der Besucher der Einstiegsseite entschließen, die angebotenen Materialien zur Unterrichtseinheit herunterzuladen. Zu diesem Zweck werden drei Dateien angeboten: beschreibung.pdf (124242 Byte) - Ein PDF-Dokument mit ausführlicher Beschreibung der Unterrichtseinheit panther_bilder.zip (116667 Byte)- Ein Zip-Archiv mit drei künstlerischen Darstellungen von Pantern als jpg-Grafiken panther_rilkes_tiergedichte.rtf (24337 Byte) - Das Gedicht Der Panther und weitere Tiergedichte Rilkes als rtf-Datei Das PDF-Dokument enthält auf fünf Seiten einen didaktisch-methodischen Kommentar mit Aussagen zur Herangehensweise, zu Textrezeption als Basis für Hypertextproduktion, Präsentation als Zielsetzung und Motivationssteigerung. Es folgt eine Vorstellung von Texten und Bildern für den Unterricht, wobei namentlich Auszüge aus Ulla Hahns Das verborgene Wort, Henning Boetius, Phönix aus der Asche, Ruth Klüger, weiter leben: Eine Jugend, Wolfgang Leppmann, Des Schrecklichen Ende und nochmals Ulla Hahn, Gedichte fürs Gedächtnis genannt werden. Mit diesen und weiteren, selbst recherchierten Materialien lässt sich der daran anschließende Aufbau der Unterrichtseinheit bestreiten. Dabei kommen verschiedene Arbeitsformen zum Einsatz: Stationenarbeit und Diskussion dienen der Text- und Bildrezeption, in Gruppenarbeit werden Verknüpfungen, Interpretation, Textproduktion und Kurzpräsentation vorbereitet, die Ergebnissicherung wird offline konzipiert und online realisiert. Den Abschluss bildet eine allgemeine Präsentation der Schülerarbeiten auf elektronischem Weg (Diskette, CD-ROM oder Internet). Claudia Mutters Unterrichtsmodell ist gut durchdacht, enthält alle für die unterrichtliche Umsetzung notwendigen Hinweise und viele Materialien und spricht die Schüler durch die Einbeziehung der neuen Medien in besonderer Weise an. Die skizzierte Vorgehensweise ist dazu geeignet, die Schülerinnen und Schüler zu weiterer Beschäftigung mit Lyrik und der Lektüre motivverwandter Texte zu motivieren. Die Unterrichtseinheit "Der Panther" ist ein Beispiel für eine Vielzahl ausgesucht gelungener, von FachkollegInnen entwickelten und erprobten und im Portal Lehrer-Online kostenlos herunter zu ladenden Materialien. Günther Neumann ist bayerischer Landesbeauftragter für Computereinsatz im Fachunterricht Deutsch.

In dieser Unterrichtseinheit werden an verschiedenen Arten von mechanischen Wellen Gemeinsamkeiten und Gesetzmäßigkeiten abgeleitet, mit denen sich – ausgehend von der harmonischen mechanischen Schwingung – ihre Welleneigenschaften gut beschreiben lassen. Verwendet man den Begriff "Welle", so können damit sehr unterschiedliche Dinge gemeint sein. In physikalischer Hinsicht denken die meisten Menschen zuerst an Wasserwellen, die uns als kreisförmige Wellen nach einem Steinwurf ins Wasser oder Wellenfronten am Ufer eines Sees bekannt sind. Im gesamten Spektrum der Physik finden sich jedoch noch viele Arten von Wellen, zum Beispiel im Bereich der Akustik oder der Ausbreitung von Licht. Mit dem Begriff "Welle" wird automatisch assoziiert, dass sich etwas ausbreitet – und dem ist auch so! Allerdings ist es sehr wichtig, schon beim Einstieg in das Thema zu zeigen, dass sich etwa bei der Ausbreitung einer einfachen Seilwelle die einzelnen Wellenteilchen analog einer harmonischen mechanischen Schwingung ausschließlich auf und ab bewegen. Die Vorwärtsbewegung der "Welle" wird durch die mechanische Kopplung der einzelnen Teilchen erreicht, die in Abhängigkeit von der Zeit zu schwingen anfangen. Die darin enthaltene Energie wird mit der Ausbreitungs- oder Wellengeschwindigkeit c in Bewegungsrichtung weitergeleitet – im theoretischen Fall ungedämpft. Die harmonische mechanische Welle – eine Einführung Den Lernenden wird bei diesem Thema schnell bewusst werden, dass die Beschreibung der Wellenausbreitung einer mechanischen Welle und die Herleitung der zugehörigen Gesetze mathematisch nicht ganz einfach ist. Deshalb sollte man der Herleitung genügend Zeit einräumen und eventuell eine weitere Unterrichtsstunde einplanen. Schließlich ist die mechanische eindimensionale Wellengleichung Voraussetzung für das Verständnis weiterer Wellengleichungen im Rahmen des Oberstufenunterrichts. Vorkenntnisse Die Lernenden kennen typische Wellenbewegungen – zum Beispiel von Wasserwellen. Die zunächst einfach aussehenden Abläufe werden aber umgehend kompliziert, wenn die zugehörigen physikalischen Gleichungen abgeleitet werden. Didaktische Analyse Beim Thema "Wellen" erfahren die Schülerinnen und Schüler, dass – ausgehend von der Mechanik – die mathematische Beschreibung von unterschiedlichen Wellen in den verschiedenen Bereichen der Physik (Akustik, Elektrizitätslehre, Optik, Quantenphysik) in erheblichen Teilen auf ähnliche und damit bekannte Herleitungen der Mechanik zurückgeführt werden können. Methodische Analyse Will man den Lernenden das Thema "Wellen" näherbringen, muss man darauf achten, dass die eindimensionale Wellengleichung mit ihren unterschiedlichen Parametern wie "x" und "t" verstanden wird. Deshalb sollte man aufpassen, dass man das Niveau der Aufgabenstellung nicht zu hoch ansetzt. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kennen die Zusammenhänge von Wellenausbreitung und Kreisbewegung. wissen um die mechanische Kopplung der einzelnen Teilchen bei der Wellenausbreitung. können die eindimensionale mechanische Wellengleichung herleiten und erläutern. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Paar- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschüler-/innen auseinandersetzen und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen.

In dieser Unterrichtseinheit erkunden die Schülerinnen und Schüler das faszinierende Ökosystem Wald und erkennen die Zusammenhänge zwischen Wäldern, dem Klima und uns Menschen. Dabei gehen die Texte und Aufgaben auf Ereignisse wie die verheerenden Waldbrände der letzten Sommer in Deutschland und Brasilien ein, auf das auch in den Medien viel diskutierte Thema "Waldsterben 2.0", auf aktuelle (klima-)politische Entwicklungen in Deutschland und weltweit sowie auf Aktionen und Bewegungen zum Wald- und Klimaschutz wie Fridays for Future. Über debatten- und handlungsorientierte Unterrichtsimpulse werden Werte der Nachhaltigkeit vermittelt, die Jugendlichen werden zum Nachdenken und Diskutieren angeregt und es werden Möglichkeiten für eigenes Handeln erarbeitet. Wälder sind neben den Weltmeeren die artenreichsten, produktivsten und wertvollsten Lebensräume der Erde. Sie erzeugen Sauerstoff, binden Kohlenstoff und regulieren als "grüne Lunge" unseres Planeten das Klima. Die Bilder von gerodeten und brennenden Wäldern – zuletzt etwa von den verheerenden Waldbränden im Amazonas-Regenwald – begegnen uns immer häufiger in den Nachrichten und lassen sicher auch Ihre Schülerinnen und Schüler nicht kalt. Warnungen vor Waldbrandgefahr, etwa aufgrund von extremer Hitze und Dürre, kennen sie inzwischen nicht nur aus südlichen Urlaubsländern, sondern auch aus den Wäldern in ihrer unmittelbaren Umgebung – und das nicht etwa nur im Sommer! Auch den Bäumen in unseren Gärten und Parks sieht man an, dass sie unter dem Klimawandel leiden; viele von ihnen sind in den letzten beiden Hitzesommern gestorben. Inzwischen wird gar von einer "Jahrhundertkatastrophe" und einem "Waldsterben 2.0" gesprochen. Obwohl längst bekannt ist, wie wichtig Wälder – besonders der Amazonas-Regenwald – sind, wird weltweit alle drei Sekunden eine Waldfläche von einem ganzen Fußballfeld zerstört! Trotz zahlreicher Zertifikate und Abkommen konnte der Raubbau am Amazonas-Regenwald bisher nicht gestoppt werden. Auch wir in Europa tragen mit unserem Konsumverhalten zur Zerstörung des Regenwaldes bei – beispielsweise mit unserem Konsum von Fleisch und anderen tierischen Produkten, dem Kauf von Möbeln, Papier oder Grillkohle aus Tropenhölzern oder mit der Verwendung von Produkten, die Palmöl enthalten, das nicht ökologisch und sozial vertretbar produziert wurde. Dass und wie Waldzerstörung und Klimawandel – und im Umkehrschluss auch Waldschutz und Klimaschutz - sich gegenseitig begünstigen, dafür schafft das Bildungsmaterial in dieser Unterrichtseinheit Bewusstsein und Verständnis. Medienpräsente Themen sowie aktuelle Entwicklungen werden aufgegriffen und deren Hintergründe werden verständlich erklärt. Die Schülerinnen und Schüler werden zudem mit einer Auswahl weiterführender Links zur eigenen Recherche angeregt, und ihnen werden Handlungsoptionen zur Problemlösung aufgezeigt. Mit der Aktionsmappe "Wälder – von unseren heimischen Wäldern zum Amazonas-Regenwald" möchte Greenpeace Lehrkräften und ihren Lerngruppen Anregungen bieten, sich mit Wäldern und dem Klimawandel nicht nur inhaltlich zu beschäftigen, sondern im Sinne einer Bildung für nachhaltige Entwicklung auch selbst für den Wald- und Klimaschutz aktiv zu werden. Mehr Informationen dazu finden Sie im Themendossier . Didaktische Hinweise Was bedroht die Wälder in Deutschland und im Besonderen? Und welche Verantwortung tragen wir in Europa – auch für den Regenwald im Amazonas-Becken? Was kann jeder und jede Einzelne von uns für den Erhalt und Schutz der Wälder tun, und ist eine ökologisch und sozial verantwortliche wirtschaftliche Nutzung des Regenwaldes überhaupt möglich? Mit diesen und weiteren Fragen setzen sich Ihre Schülerinnen und Schüler bei der Beschäftigung mit der Aktionsmappe "Wälder – von unseren heimischen Wäldern zum Amazonas-Regenwald" auseinander. So werden die Jugendlichen dazu angeregt, sich ihrer eigenen Verantwortung für den Schutz der Wälder bewusst zu werden und diese Erkenntnis in verantwortungsbewusstes Handeln zu übertragen. Ausgehend von einem Überblick über unterschiedliche Arten von Wäldern weltweit setzt die Aktionsmappe einen Fokus auf heimische Wälder (Aktionsblatt 1) und den Amazonas-Regenwald (Aktionsblätter 2 bis 4). Inhaltliche Schwerpunkte sind dabei Wälder als komplexe Ökosysteme, Bedrohungen, denen Wälder ausgesetzt sind, sowie konkrete Maßnahmen zum Erhalt und Schutz der Wälder. Abschließend werden die Zusammenhänge zwischen Wäldern und Klima vertiefend betrachtet, wobei ein inhaltlicher Schwerpunkt auch auf der nationalen und internationalen Klimapolitik liegt (Aktionsblatt 5). Methodische Hinweise Die Aktionsblätter verfolgen einen debattenorientierten Ansatz. Zum Themenbereich Wald werden unterschiedliche Richtungen im öffentlichen Diskurs ausgewogen dargestellt und so zur vertieften Auseinandersetzung mit dem Thema sowie zur Diskussion angeregt. So sollen die Schülerinnen und Schüler dazu befähigt werden, sich auf dieser Grundlage ihr eigenes, begründetes Urteil zu bilden. Darüber hinaus wird ein (auch fächerübergreifender) handlungsorientierter Ansatz verfolgt: Die Schülerinnen und Schüler werden zum Beispiel zu eigenen Aktionen angeregt und sollen dabei möglichst auch selbst in den Wald gehen. Hinweise zu den Arbeitsaufträgen Alle Arbeitsaufträge können ohne spezifische fachliche Vorkenntnisse bearbeitet werden. Die zur Bearbeitung der Aufgaben nötigen inhaltlichen Informationen finden sich in den Informationstexten auf den Aktionsblättern beziehungsweise unter den in den Arbeitsaufträgen angegebenen Internet-Quellen. Die angegebenen Links sollen dabei der Orientierung Ihrer Schülerinnen und Schüler bei der Informationsrecherche dienen und können natürlich um weitere Informationsquellen ergänzt werden. Die Arbeitsaufträge decken die Anforderungsbereiche I (Reproduktionsleistungen), II (Reorganisations- und Transferleistungen) und III (Reflexion und Problemlösung) ab und sind dabei in die Kategorien leicht, mittel und schwer unterteilt. So können Sie zur inneren und äußeren Differenzierung je nach Alter und Lernstand Ihrer Schülerinnen und Schüler die jeweils passenden Aufgaben auswählen beziehungsweise – im Sinne einer Förderung der Selbstkompetenz – von den Lernenden selbst auswählen lassen. Die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass Wälder komplexe Ökosysteme sind, in denen Bäume ein soziales Miteinander leben. erarbeiten sich Hintergrundwissen über verschiedene Waldarten in den unterschiedlichen Klimazonen unseres Planeten. befassen sich mit den Tieren, Pflanzen und indigenen Völkern, die im Amazonas-Regenwald beheimatet sind. erkennen die Bedeutung von Wäldern als "grüne Lunge" unseres Planeten und damit für unser gesamtes Ökosystem. werden mit unterschiedlichen Bedrohungen für unsere heimischen Wälder und den Amazonas-Regenwald konfrontiert, befassen sich vertiefend damit und erkennen den Einfluss unserer Lebensweise auf die Zerstörung der Wälder. erkennen die Zusammenhänge zwischen Wäldern und dem Klimawandel, entwickeln Maßnahmen zum Schutz der Wälder sowie des Klimas und informieren andere darüber. setzen sich für den Wald- und Klimaschutz ein und animieren ihre Schulgemeinschaft und ihr Umfeld, sich ebenfalls zu engagieren.

Vor 100 Jahren – am 22. Juni 1910 – wurde Konrad Zuse geboren. Das Zuse-Jahr 2010 soll dieses Jubiläum gebührend ehren. In dieser Unterrichtseinheit erhalten Schülerinnen und Schüler Einblicke in die Erfindung des Computers durch Konrad Zuse und in die Funktionsweise seines ersten Rechners - den Z3.Was sind Dualzahlen und warum rechnen Computer mit ihnen? Wie funktioniert binäre Logik und was sind logische Gatter? Wie arbeitete Konrad Zuses Z3? Die Antworten auf diese Fragen können Schülerinnen und Schüler mit einer zum Zuse-Jahr 2010 entwickelten Lernumgebung finden. Die dynamischen Arbeitsblätter enthalten interaktive Übungen und Veranschaulichungen, die mit LogiFlash erstellt wurden. Dieser Logiksimulator für die Darstellung von digitalen Schaltungen wurde am Lehrstuhl für Technische Informatik der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main entwickelt und steht kostenfrei zur Verfügung. Würdigung der Leistung Konrad Zuses Die hier vorgestellte Lernumgebung kann im Rahmen des Lehrplans genutzt werden. Konzipiert wurde sie vom Autor aber insbesondere zur Würdigung von Konrad Zuse (1910-1995) im Zuse-Jahr 2010. Hier bietet sich ihr Einsatz im Rahmen eingeschobener Unterrichtsstunden an (eine Doppelstunde sollte reichen). Im Verlauf des Unterrichtsgesprächs kann ferner auf die Begriffe Verarbeitungsbreite (Bit) und Speichergröße (Bit und Byte) eingegangen werden. Einführung der Lernumgebung per Beamer Schülerinnen und Schüler der Klasse 7 sind den Einsatz interaktiver Arbeitsblätter oft noch nicht gewohnt. Daher sollte der Umgang damit zunächst von der Lehrperson per Beamer gezeigt werden. Insbesondere der Umgang mit den interaktiven LogiFlash-Simulationen kann so demonstriert werden. Hinweise zu den Übungen Ein Hinweis auf die Notwendigkeit einer korrekten Zahleneingabe bei den Übungen führt zu erhöhter Konzentration und damit zu weniger Frusterlebnissen. Diese entstehen, wenn Fragen inhaltlich richtig, aber formal fehlerhaft (zum Beispiel durch Leerstellen) in die Arbeitsblätter eingegeben werden. Die Angaben werden dann als falsch bewertet. Auch Partnerarbeiten zwischen Schülerinnen und Schülern mit guten Deutschkenntnissen und Lernenden, denen die deutsche Sprache schwer fällt (Integrationskinder), kann zur Vermeidung von Frusterlebnissen beitragen. Aufbau und Inhalte der Lernumgebung Die Themen der Lernumgebung werden kurz vorgestellt. Screenshots zeigen Ausschnitte aus den interaktiven Übungen. Green IT Von der Erfindung des Computers kann ein Bogen geschlagen werden zum heutigen rasanten Wachstum der Datenströme im Internet, die einen signifikanten Beitrag zum Kohlenstoffdioxidausstoß leisten werden, wenn die Energieeffizienz der heutigen Technologie nicht stark verbessert wird. "Green IT" ist das Schlagwort. Computer Gestern - Heute - Morgen: "Green IT" In Zeiten drastisch wachsender Datenströme muss die Nutzung von Informations- und Kommunikationstechnologie umwelt- und ressourcenschonend gestaltet werden. Die Schülerinnen und Schüler sollen im Lernbereich "Computer verstehen: Daten und Strukturen" den grundlegenden Aufbau eines Computers kennen (Hardware, Prozessor, Bus, Speicher). das Blockschaltbild eines Computers verstehen. das Prinzip "Eingabe - Verarbeitung - Ausgabe" verstehen. die Auswirkungen der Rechentechnik aus historischer Sicht bewerten. ein Modell für Informatiksysteme kennenlernen. im Wahlpflichtbereich "Computer Gestern - Heute - Morgen" die Leistung eines Rechners anhand verschiedener Kriterien beurteilen können. die Lernumgebung für das Fach Mathematik zur Prüfungsvorbereitung zum Thema Stellenwertsysteme (Klasse 10) nutzen. Thema Die Erfindung des Computers - Zuses Z3 Autor Jens Tiburski Fächer Informatik, Mathematik (Stellenwertsysteme) Zielgruppe ab Klasse 7 (Informatik), Klasse 10 (Mathematik) Zeitraum 1-2 Stunden Technische Voraussetzungen Computer in ausreichender Zahl (Einzel- oder Partnerarbeit); aktiviertes Java-Script, Flash Player Zuerst werden die Schülerinnen und Schüler darauf aufmerksam gemacht, dass die Rechenmaschinen vor der Erfindung des Computers noch mechanisch funktionierten. Doch selbst herausragende Konstruktionen demonstrierten lediglich die Unmöglichkeit, analytische Maschinen von hoher Komplexität technisch zu verwirklichen. Das macht die Genialität Zuses deutlich, der mit zwei revolutionären Ideen die Entwicklung des modernen Computers ermöglichte: Durch den Vergleich mit Anlagen aus der Nachrichtentechnik kam er zu dem Schluss, dass Rechenmaschinen ebenfalls elektronisch funktionieren müssten - durch den Einsatz von Relais als Schalter. Da Relais nur zwei Schaltzustände kennen - High und Low - erkannte Zuse, dass Rechenmaschinen auf dem Dualsystem basieren müssten. Boolesche Logik Also stellte er seine Experimente mit mechanischen Rechenmaschinen ein (der Zuse Z1 war noch ein mechanischer Rechner) und arbeitete an der Umsetzung der Rechenregeln für Dualzahlen mittels logischer Operatoren. Dass es die Boolesche Logik schon gab, wusste Konrad Zuse nicht. Er entwickelte jedoch unabhängig dieselben Schlussfolgerungen. Die interaktiven Arbeitsmaterialien der Unterrichtseinheit beginnen mit der Erforschung der Rechenregeln für das Dualsystem (also das Zahlensystem auf der Basis 2). Nach grundsätzlichen Erläuterungen haben die Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit, ihr erworbenes Wissen in interaktiven Aufgabenstellungen zu testen. Nach der Konvertierung von Dezimalzahlen in Dualzahlen (Abb. 1, Platzhalter bitte anklicken) und umgekehrt sind Additions- sowie eine Multiplikationsaufgabe zu lösen. Die Lernumgebung gibt den Schülerinnen und Schülern Rückmeldungen zum Erfolg ihrer Bemühungen. Den nächsten inhaltlichen Schwerpunkt bildet das Verständnis sogenannter logischer Gatter. Es wird gezeigt, wie solche Gatter aufgebaut sind und welche Funktion sie erfüllen. Dabei beschränkt sich die Lernumgebung auf die wesentlichen Gatter: And-Gatter Or-Gatter Xor-Gatter Nand-Gatter Nor-Gatter Xnor-Gatter Interaktive Übungen Mithilfe von Flash-Simulationen logischer Schaltungen (erstellt mit LogiFlash ) können die Schülerinnen und Schüler die Erklärungen nachvollziehen und eigene Überlegungen visualisieren. Das Kapitel enthält interaktive Übungen zu Wahrheitstabellen logischer Gatter. In verschiedenen Aufgaben können die Schülerinnen und Schüler Wahrheitstabellen vorgegebener Gatter erkunden sowie Gatter anhand ihres Verhaltens zuordnen. Abb. 2 zeigt ein Beispiel: In der Übung muss die Wahrheitstabelle ermittelt und dem entsprechenden Gatter zugeordnet werden. Danach werden - mithilfe der Gatter - die Rechenregeln für Dualzahlen digital umgesetzt. Der 1-Bit-Addierer bildet die Grundlage für das Verständnis des Zusammenhangs zwischen Rechenregeln und logischen Gattern. Wenn dieses Funktionsprinzip verstanden wurde, geht es mit dem 8-Bit-Addierer weiter. Hier liegt der Schwerpunkt auf der Weitergabe des Übertrags. Es kann zwar nur der Übertrag 1 entstehen, aber dieser muss gegebenenfalls über mehrere Stellen weitergegeben werden. Die sich daraus ergebenden Überlegungen zum Einsatz verschiedener Gatter führen auf eine schon recht komplexe Schaltung mit einer Vielzahl von Gattern, die - zur optischen Abgrenzung - in verschiedenen Reihen angeordnet sind (Abb. 3, Platzhalter bitte anklicken). Dieser 8-Bit-Addierer ist nun das eigentliche Rechenwerk des Z3. Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass es sich um ein stark vereinfachtes Modell des Rechenwerks von Konrad Zuse handelt. Im Gegensatz zu Konrad Zuses Rechner wird unser Rechenwerk nun aber noch mit Wandlern zur Ein- und Ausgabe von Dezimalziffern ausgestattet: Dezimal-Dual-Wandler Dieser Wandler basiert komplett auf Or-Gattern, die dafür sorgen, dass eingegebene Dezimalziffern über die Lampen am Ausgang als Dualzahlen weitergegeben werden. Dual-Dezimal-Wandler Dieser Wandler verwendet zwei Gattertypen, das And-Gatter und das Nor-Gatter. Das jeweilige And-Gatter testet die gesetzten richtigen Bits, während das Nor-Gatter falsch gesetzte Bits "herausfiltert". So wird zum Beispiel die Lampe mit der Nummer 7 nur dann auf High-Level gesetzt, wenn die Bits 1, 2 und 3 aktiviert sind und gleichzeitig die Bits 4 und 5 deaktiviert sind (Abb. 4). Wenn man nun den 8-Bit-Addierer mit zwei Dezimal-Dual-Wandlern zur Eingabe von Dezimalziffern und einem Dual-Dezimal-Wandler zur Anzeige der Ergebnisse in Dezimalform ausstattet, erhält man einen einfachen Rechner, der zwei Dezimalziffern addiert und das Ergebnis anzeigt. Der Informationsfluss kann dabei anhand der türkis eingefärbten Hervorhebungen von den Schülerinnen und Schüler nachvollzogen werden, sodass das Funktionsprinzip deutlich wird (Abb. 5) Die Schaltung in Abb. 5 wirkt auf den ersten Blick sicher verwirrend. Deshalb wird dieser Rechner nun modular umgestaltet. Die Hauptbaugruppen werden in Module zusammengefasst. Dann erfolgt die Verdrahtung und man erhält ein Funktionsschema, das wesentlich übersichtlicher wirkt als das vollständige Modell. Dass es sich jedoch um dieselben Schaltungen handelt, kann man durch das Anklicken des Lupen-Symbols sehen. Das Lupensymbol erscheint, wenn Sie den Cursor über die linke oder rechte untere Ecke (4-Bit-Addierer) der Module führen (siehe roter Kreis in Abb. 6). Aufgaben Im letzten Übungsteil sollen die Schülerinnen und Schüler ihr erworbenes Wissen über die logischen Schaltungen testen. Drei vorgegebene Schaltungen sind zu komplettieren: 1-Bit-Addierer Die beiden passenden Logik-Gatter sollen an die richtigen Stellen gezogen und die Schaltungen korrekt verdrahten werden. Per Klick auf das Fragezeichen-Symbol lassen sich Tipps aufrufen. Der Test-Button prüft die Schaltung - das kann bei umfangreichen Schaltungen einige Sekunden dauern - und gibt dann das Ergebnis in Form einer Messagebox aus. 4-Bit-Addierer Neben den vier 1-Bit-Addierern muss die Weiterleitung des Übertrags fehlerfrei funktionieren. Die Aufgabe besteht in der korrekten Verdrahtung der logischen Gatter der Übertragsweiterleitung. Modul-Rechner Der letzte Schaltplan beinhaltet zwei Dezimal-Dualwandler, einen 4-Bit-Addierer sowie einen Dual-Dezimal-Wandler. Die Aufgabe ist es nun, die fertigen Module richtig zu verdrahten, sodass der Modul-Rechner fehlerfrei funktioniert. Im Themenbereich "Computer Gestern - Heute - Morgen" bietet sich ein Ausblick auf die Bestrebungen an, die Nutzung von Informationstechnik (IT) beziehungsweise aller Informations- und Kommunikationstechnologie umwelt- und ressourcenschonend zu gestalten. Dies betrifft die Produktion der Komponenten (Energieeinsatz, Materialien, Produktionsmittel). das Design der Systeme (Energieverbrauch im Betrieb). die Entsorgung oder das Recycling der Geräte. Der letztgenannte Aspekt schließt insbesondere die Schadstoffthematik mit ein, also ob schädliche Stoffe in der Produktion anfallen oder ob Gifte wie Blei oder Brom im Endprodukt enthalten sind und bei dessen Betrieb oder Entsorgung freigesetzt werden. Der Begriff Green IT umfasst auch die Energieeinsparung durch die Nutzung von Informations- und Kommunikationstechnologie. So kann zum Beispiel der Ersatz von Dienstreisen durch Videokonferenzen zur Energie- und Emissionsreduzierung beitragen. Der Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. (VDE) hat im Jahr 2009 eine Green-IT-Studie veröffentlicht, die "Aspekte der Reduzierung des Energieverbrauchs und der Verbesserung der Energieeffizienz in Kommunikationsnetzwerken" darstellt. Angesichts des dramatisch ansteigenden Datenverkehrs muss, so die Studie, dem damit zusammenhängenden Energieverbrauch aus Umweltgesichtspunkten (Kohlenstoffdioxidausstoß) - aber auch im Hinblick auf die Betriebskosten für Netzbetreiber und private Kunden - entschieden gegengesteuert werden. Nur wenn Forschung und Entwicklung einen essenziellen Beitrag zur Verbesserung der Energieeffizienz der Informations- und Kommunikationstechnologie leiste, sei das Wachstum des Internets ohne einen signifikanten Beitrag zum Kohlenstoffdioxidausstoß möglich. Auch dies gehört zum Erbe Konrad Zuses … Interessierte Lehrkräfte können die nicht ganz günstige Studie (250 Euro) direkt beim VDE bestellen: VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. Stresemannallee 15 60596 Frankfurt am Main Kontakt: itg@vde.com

Die Unterrichtseinheit "Halbleiterphysik für Einsteiger" macht die Schülerinnen und Schüler mit einer Technologie bekannt, die aus unserem Alltagsleben nicht mehr wegzudenken ist. Die theoretischen Grundlagen beruhen auf der Erkenntnis, dass es neben Leitern und Nichtleitern auch Materialien gibt, die unter bestimmten Voraussetzungen zum Leiter werden können – die so bezeichneten Halbleiter. Am Beispiel des strukturellen Atomaufbaus von Silizium sehen die Lernenden zunächst, welche Voraussetzungen ein Stoff besitzen muss, um zum Halbleiter werden zu können. Zudem werden die Lernenden an die Möglichkeiten der Beimischung bestimmter anderer Stoffe (Dotierung) herangeführt, was völlig neue Möglichkeiten für kontaktlose elektrische Schaltungen eröffnet. Halbleitertechnologie ist die Voraussetzung für viele technische Anwendungen – von der Solarzelle über LEDs bis hin zu Transistoren. Ohne Halbleiter wäre die immer wichtiger werdende Digitalisierung nicht denkbar. Anhand von aussagekräftigen Abbildungen oder Animationen werden die theoretischen Grundlagen besprochen: Bei tiefen Temperaturen sind Halbleiter Isolatoren – erst durch Energiezufuhr (zum Beispiel Erwärmung) lassen sich Elektronen aus ihren Paarbindungen lösen, so dass Leitungselektronen und Löcher entstehen. Legt man dann eine äußere Spannung an, beginnen die Elektronen zu wandern. Mit Abbildungen und/oder Animationen werden die Lernenden mit Begriffen wie Elektronenstrom, Löcherstrom und Eigenleitung bekannt gemacht. Halbleiterphysik Die Halbleiterphysik basiert auf verschiedenen Grundstoffen wie Silizium oder Germanium, die man mit geeigneten Stoffen wie dem fünfwertigen Phosphor P 5+ oder dem dreiwertigen Bor B 3+ dotiert. Dabei enthält ein Kubikmillimeter bis zu 2,4×10 17 Fremdatome, was eine riesige Zahl von frei beweglichen Ladungsträgern zur Folge hat. Mit diesen grundlegenden Fakten lassen sich nun die unterschiedlichsten Anwendungen herstellen – im einfachsten Fall Dioden – bis hin zu komplizierten Schaltungen von Transistoren. Vorkenntnisse Vorkenntnisse von Lernenden werden eher nicht zu erwarten sein, da sich die wenigsten Gedanken machen werden, wie ihre Smartphones, LEDs oder moderne Fernseher funktionieren. Gleichzeitig ist es aber sehr wichtig den Lernenden zu zeigen, welche Grundbausteine nötig sind, um die obigen Geräte zu bauen beziehungsweise die Digitalisierung voranzutreiben. Didaktische Analyse Bei der Besprechung der Grundlagen der Halbleiterphysik ist es besonders wichtig, den extremen Grad der Miniaturisierung hervorzuheben, ohne die viele Geräte nicht einmal ansatzweise gebaut werden könnten. Allerdings sind die Vorgänge nicht – wie in der Makrophysik – mit dem Auge verfolgbar, was zur Folge hat, dass Versuche nicht im Detail zu sehen sind, sondern nur über Messinstrumente nachverfolgt werden können. Methodische Analyse Bei der Erarbeitung des Stoffes ist es wichtig, dass aussagekräftige Abbildungen und gegebenenfalls Animationen oder brauchbare Videos zur Erklärung herangezogen werden – nur so können die teilweise nur schwer nachvollziehbaren Vorgänge deutlich gemacht werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kennen die Besonderheiten von Halbleitern im Gegensatz zu Leitern beziehungsweise Nichtleitern. wissen um die Bedeutung von Fremdatomen beim Dotieren von Halbleitermaterialien. beschreiben und erläutern die Wirkungsweise einer Halbleiterdiode. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet. überprüfen die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit und ordnen sie ein. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschülern auseinander und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben genügend fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern, Freunden etc. wertfrei diskutieren zu können.

In dieser Unterrichtseinheit wird Schülerinnen und Schülern gezeigt, wie durch Windkraftanlagen die kinetische Energie des Windes in mechanische Arbeit umgewandelt wird, bevor daraus mithilfe von Generatoren elektrischer Strom erzeugt wird. Sie sollen dabei verstehen lernen, dass aus physikalischen Gründen maximal bis zu 59 Prozent der kinetischen Energie des Windes nutzbar sind, wodurch Windenergie einen sehr bedeutenden Beitrag zur klimafreundlichen Nutzung erneuerbarer Energien leisten kann. Windkraftanlagen können in allen Klimazonen genutzt werden – an Land (Onshore) und in Offshore-Windparks im Küstenbereich der Meere.Anhand von anschaulichen Abbildungen oder Animationen, beispielsweise aus dem Info-Artikel "Wie funktioniert eine Windkraftanlage?" , oder mithilfe zusätzlicher Videos werden die Lernenden in Bau- und Funktionsweise der heute gebräuchlichen Windkraftanlagen eingeführt. Ganz wesentlich für das Verständnis solcher Anlagen ist dabei das Auftriebsprinzip, mit dem die an den Rotorblättern vorbeiströmende Luft dafür sorgt, dass sich die Rotorblätter drehen können. Angelehnt an dieselben Gesetzmäßigkeiten wie bei einem Flugzeugflügel erkennen die Schülerinnen und Schüler, dass dafür eine spezielle Form der Rotorblätter nötig ist – nämlich eine gewölbte Bauform, bei der sich durch die unterschiedlich schnell vorbeiströmende Luft oberhalb und unterhalb des Rotorblattes ein Unter- beziehungsweise Überdruck ergibt, der zum Auftrieb führt. Einordnung Windenergie wurde früher in Form von Windmühlen zum Mahlen von Getreide, Pressen von Oliven oder zum Sägen von Holz benutzt. Heute dient die Windenergie nahezu ausschließlich zur Erzeugung von Strom und hat als klimafreundliche Energiequelle bereits einen Anteil von rund 25 Prozent am Stromverbrauch Deutschlands erreicht. Ihr großer Vorteil liegt darin, dass Windkraftanlagen unabhängig sind von Klimazonen und sowohl an Land als sogenannte Onshore-Anlagen als auch auf dem küstennahen Meer als Offshore-Anlagen Tag und Nacht – bei entsprechendem Wind – betrieben werden können. Vorkenntnisse Windkraftanlagen kennt heute jedes Kind – die Funktionsweise der Übertragung der Windenergie auf die Rotorblätter und die physikalischen Gegebenheiten zur optimalen Ausnutzung dieser Energieform dürften allerdings bei Schülerinnen und Schülern als Vorkenntnisse kaum vorhanden sein. Didaktische Analyse Allein die Bedeutung der Windenergie für die dringend notwendige Verbesserung des Weltklimas sollte bei der Behandlung des Themas auf großes Interesse der Lernenden stoßen – hängt davon doch ganz wesentlich die Lebensqualität von künftigen Generationen ab. Deshalb sollte man zusammen mit der physikalischen Bearbeitung des Themas auch Zeit für Diskussion einplanen. Methodische Analyse Die Herleitung der physikalischen Formeln, die das Umwandeln der kinetischen Energie des Windes in elektrischen Strom beschreiben, sollte mit den mathematischen Kenntnissen der Sekundarstufe I gut machbar sein. Die Schülerinnen und Schüler lernen dabei – einmal mehr – physikalische Inhalte zu verstehen, die bei der Meinungsbildung in Hinblick auf die Energieerzeugung im 21. Jahrhundert von großer Wichtigkeit sind. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können Bau und Funktion von Windkraftanlagen beschreiben und erläutern. kennen die Gesetzmäßigkeiten bei der Umwandlung von Wind in Strom. wissen um die Bedeutung der Windenergie als erneuerbare Energieform für das Weltklima. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbständig Fakten und Hintergründe im Internet. können die Sachinhalte von Videos, Clips und Applets auf ihre Richtigkeit überprüfen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. müssen sich mit den Ergebnissen anderer Gruppen auseinandersetzen und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben eine gewisse Fachkompetenz, um mit anderen Lernenden, Eltern und Freunden diskutieren zu können.

Überlässt man nach einmaliger Aufladung einen elektromagnetischen Schwingkreis sich selbst, so entsteht – vor allem wegen der unvermeidlichen Ohmschen Reibung – eine gedämpfte Schwingung, deren Amplitude sehr schnell gegen null gehen wird. Für viele technische Anwendungen wie etwa Radiowellen oder Mikrowellen benötigt man aber möglichst ungedämpfte Schwingungen, bei denen der stets auftretende Energieverlust durch technische Lösungen ausgeglichen wird. In diesem Beitrag werden beispielhaft zwei Schaltungen vorgestellt, die es ermöglichen ungedämpfte Schwingungen zu erzeugen. Dabei handelt es sich um die "Rückkopplungsschaltung nach Meißner" zur Erzeugung von sinusförmigen elektromagnetischen Schwingungen im niederen und mittleren Frequenzbereich sowie um die "Dreipunktschaltung" als Erweiterung der Rückkopplungsschaltung zur Erzeugung hochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen. Beiden Schaltungen ist gemeinsam, dass der jeweilige Schwingkreis aus einer Spule und einem Kondensator besteht. Der ungedämpfte elektromagnetische Schwingkreis – Theorie und Beispiele Die anspruchsvolle Unterrichtseinheit zum ungedämpften Schwingkreis setzt gute bis sehr gute mathematische Kenntnisse voraus. Dies bedeutet, dass dieses Thema zum ungedämpften elektromagnetischen Schwingkreis nur im Rahmen der Kursphase der Sekundarstufe II behandelt werden kann. Vorkenntnisse Voraussetzungen für eine fundierte Beschäftigung mit dem ungedämpften elektromagnetischen Schwingkreis sind – neben Grundkenntnissen zu mechanischen Schwingungen – Kenntnisse über Auflade- und Entladevorgänge bei Kondensatoren, über die elektromagnetische Induktion und die Lenz'sche Regel sowie das Wissen über die Funktionsweise von Triode und Transistor. Didaktische Analyse Die Behandlung des anspruchsvollen Themas im Unterricht soll auch dazu führen, dass sich die Lernenden mit dem Aufbau und der Funktion von Geräten zur Erzeugung elektromagnetischer Schwingungen näher beschäftigen wollen. Das Thema ist auch sehr gut geeignet, die Bedeutung von Differentialgleichungen zur Erklärung und Berechnung von physikalischen Zusammenhängen den Schülerrinnen und Schülern näher zu bringen – nicht zuletzt in Hinblick auf andere noch ausstehende physikalische Herleitungen in der Kursphase. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können die Funktionsweise von Triode und Transistor in Hinblick auf die Abläufe in einem elektromagnetischen Schwingkreis beschreiben. wissen um die große Bedeutung von elektromagnetischen Schwingungen in vielen Bereichen des täglichen Lebens. können anspruchsvolle Übungsaufgaben zur mathematischen Beschreibung der elektromagnetischen Schwingungen mittels Differentialgleichungen bearbeiten und lösen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet. können die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit hin überprüfen und einordnen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschüler auseinandersetzen und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben genügend fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern, Freunden wertfrei diskutieren zu können.

In dieser Unterrichtseinheit geht es darum, den Impuls-Begriff – eine der grundlegenden Größen der Physik – einzuführen. Die Schülerinnen und Schüler lernen die Unterschiede von elastischen und unelastischen Stoß-Vorgängen kennen und berechnen zahlreiche Übungsaufgaben.Die Einführung in den Impuls-Begriff kann anhand von Beispielen, Animationen oder Videos erfolgen, die etwa bei Zusammenstößen von zwei Körpern deren unterschiedliche Wechselwirkungen in Abhängigkeit von ihren Massen und Geschwindigkeiten aufzeigen. Nach der Definition des Impuls-Begriffes werden die Lernenden mit der Impuls-Erhaltung bei sogenannten elastischen und unelastischen Stößen vertraut gemacht. Durch entsprechende Beispiele wird gezeigt, wann neben der Impuls-Erhaltung auch die mechanische Energie-Erhaltung gilt beziehungsweise wann ein Teil der kinetischen Energie in Wärme umgewandelt wird. Das Thema "Mechanischer Impuls" im Unterricht Der Impuls von sich bewegenden Körpern wird in der Umgangssprache häufig mit Begriffen wie "Schwung" und "Wucht" umschrieben, weil er den mechanischen Bewegungszustand eines physikalischen Objekts sowohl bei seiner Bewegung als auch beim Aufprall auf einen anderen Körper beschreibt. Der Impuls ist eine vektorielle Größe, das heißt er muss sowohl hinsichtlich seines Betrags als auch seiner Bewegungsrichtung betrachtet werden. Er charakterisiert dabei ausschließlich die Translationsbewegung des Massen-Mittelpunktes eines Körpers, während eine eventuell zusätzlich vorhandene Rotation des Objektes um den Massen-Mittelpunkt durch den Drehimpuls beschrieben wird. Der mechanische Impuls zeigt sich in vielfältigen physikalischen Zusammenhängen wie etwa zusammenstoßenden Autos, aufeinander rollenden Kugeln oder auch beim radioaktiven Zerfall von Atomkernen . Stets benötigt man zur vollständigen physikalischen Beschreibung und Erklärung solcher Abläufe eine Impuls- und Energiebetrachtung. Dabei resultierte der Impuls-Begriff aus der Suche nach einem Maß für die in einem physikalischen Objekt vorhandene Menge an Bewegung, die aller Erfahrung nach bei allen inneren Prozessen erhalten bleibt – der Impuls wurde so zu einer grundlegenden physikalischen Größe zur Charakterisierung des mechanischen Bewegungszustandes eines physikalischen Objekts. Vorkenntnisse Vorkenntnisse von Lernenden sind bezüglich des Begriffes eher nicht zu erwarten; vielmehr werden aber Umschreibungen wie "Schwung" und "Wucht" bei der Bewegung und beim Aufprall – auch aufgrund zahlreicher Beispiele – das Verständnis für den Impuls-Begriff wecken. Didaktische Analyse Anhand des Sicherheitsgurtes im Auto kann die Bedeutung des Impuls-Begriffes bei plötzlichen Bremsmanövern und natürlich auch bei unfallbedingten Aufprallen verdeutlicht werden – das abrupte Abbremsen setzt gewaltige Kräfte frei, die durch den Gurt und den Airbag teilweise abgefangen werden können – "Schwung" und "Wucht" spürt man dann am eigenen Körper. Bei einem unfallbedingten Aufprall sind die physikalischen Gesetzmäßigkeiten gut nachvollziehbar. So kommt es zum einen durch den Aufprall zu einem häufig fast vollständigen Geschwindigkeitsverlust mit dem Ergebnis, dass sich zum einen der Impuls durch massive Verformung der Karosserie von einem gegebenen Betrag auf nahezu Null ändert und zum anderen die kinetische Energie zur Verformung und Erhöhung der inneren Energie führt. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wissen um die Bedeutung des mechanischen Impulses in vielen Bereichen der Physik. kennen die Unterschiede von elastischen und unelastischen Stoß-Vorgängen. können physikalische Beispiele erläutern und Übungsaufgaben berechnen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet. können die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit hin überprüfen und einordnen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschüler auseinandersetzen und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben genügend fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern, Freunden ecetera wertfrei diskutieren zu können.

In dieser Unterrichtseinheit entwickeln die Schülerinnen und Schüler ein Verständnis für die Voraussetzungen zur Erzeugung von elektrischem Strom, den wir ganz selbstverständlich der Steckdose entnehmen können. Den Lernenden wird dabei vermittelt, dass in einem Leiter, der senkrecht zu einem Magnetfeld bewegt wird, die mit dem Leiter mitbewegten Ladungsträger senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung abgelenkt werden. Diese Erkenntnis des niederländischen Physikers Hendrik Anton Lorentz schuf Ende des 19. Jahrhunderts die Grundlagen für die technische Stromerzeugung, die bis heute gültig sind.Mit einfachen Versuchen mittels einer sogenannten Leiterschaukel werden die Schülerinnen und Schüler damit vertraut gemacht, wie die Ladungsträger des elektrischen Stromes – die Elektronen – in einem Leiter je nach Bewegungsrichtung des Leiters abgelenkt werden. Somit baut sich an den Leiterenden eine Spannungsdifferenz auf und bei Verbindung der Leiterenden durch ein dünnes Kupferkabel entsteht ein mit einem Messgerät feststellbarer Stromfluss. Ebenso lässt sich ganz leicht zeigen, dass sich durch das sich selbst überlassene schaukelartige Hin- und Herschwingen des Leiters die Stromrichtung periodisch ändert; daraus entsteht eine Wechselspannung und somit Wechselstrom. Strom aus der Steckdose – wie funktioniert das eigentlich? Strom aus der Steckdose ist für Schülerinnen und Schüler eine Selbstverständlichkeit. Doch dass es sich dabei um Wechselstrom handelt, welcher Unterschied zwischen Wechselstrom und Gleichstrom besteht, warum manchmal Wechselstrom nötig ist und manchmal aber auch Gleichstrom notwendig ist – das dürfte für viele Lernende neu und interessant sein. Vorkenntnisse Physikalische Vorkenntnisse der Lernenden sind trotz der Kenntnis, dass der Strom für fast alle Haushaltsgeräte aus der Steckdose kommt und dass dieser Strom in Kraftwerken mit riesigen Generatoren erzeugt wird, kaum vorhanden. Dazu fehlt das Wissen, um die eigentlichen Vorgänge, die innerhalb des stromführenden Leiters ablaufen, zu beschreiben. Didaktische Analyse Die Grundlagen für die weiterführenden Themen in der Sek II – wie etwa die Vorgänge und Gesetzmäßigkeiten bei der elektromagnetischen Induktion – werden durch die einfachen Versuche zur Lorentzkraft gelegt. Haben die Lernenden diese Zusammenhänge verstanden, kann mit diesem Grundwissen auch der weiterführende Stoff gut verstanden werden. Methodische Analyse Durch die einfach durchzuführenden und nachzuvollziehenden Versuche mit der Leiterschaukel, die von den Lernenden gefahrlos selbst ausprobiert werden können, kann sowohl ein schneller Lernerfolg generiert werden als auch ein nachhaltiges Interesse an der Elektrizitätslehre. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erkennen die Zusammenhänge bei der Ablenkung von Elektronen im Magnetfeld. können die Entstehung einer Wechselspannung mithilfe der Lorentzkraft beschreiben. kennen die Bedeutung der Lenz'schen Regel für die Stromerzeugung. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbständig Fakten und Hintergründe im Internet. können die Sachinhalte von Videos, Clips und Applets auf ihre Richtigkeit überprüfen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. setzen sich mit den Ergebnissen anderer Gruppen auseinander und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben eine gewissen Fachkompetenz, um mit anderen Lernenden, Eltern, Freunden diskutieren zu können.

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Merkur steht die Beobachtung dieses Planeten im Mittelpunkt, der nur an wenigen Tagen eines Jahres mit dem bloßen Auge als auffälliges Objekt zu sehen ist.Die Beobachtung der Merkurphasen ist recht schwierig. Das Planetenscheibchen erscheint wesentlich kleiner als das der Venus und die Sichtbedingungen in Horizontnähe, in der sich Merkur in der Dämmerung aufhält, sind nicht die besten. Unter sehr günstigen Voraussetzungen - also bei kalter und klarer Luft - können Merkursichel und Halbmerkur jedoch bereits bei sechzigfacher Vergrößerung in einem guten Spektiv, wie es von Ornithologen verwendet wird, erkannt werden. Für die reizvolle Beobachtung des sich verändernden Erscheinungsbilds eines inneren Planeten um dessen untere Konjunktion herum ist jedoch Venus der Planet der Wahl und Merkur ein Objekt für Fortgeschrittene. Zur Vorbereitung der Beobachtung können mithilfe kostenfreier Planetarium-Software Simulationen durchgeführt und Sternkarten ausgedruckt werden.Visuell spektakulär ist die Beobachtung von Merkur - auch in größeren Amateurteleskopen - nicht. Aber alle Naturfreunde sind auch Sammler. Damit interessierte Schülerinnen und Schüler ihrer persönlichen Kollektion der mit eigenen Augen beobachteten Planeten den schwierigigen Merkur hinzufügen können, sollte man die seltene Gelegenheit einer guten Merkursichtbarkeit nicht ungenutzt verstreichen lassen. Allgemeine Hinweise zur Merkurbeobachtung Warum ist Merkur so selten zu sehen? Und wie entstehen die Merkurphasen? Wann und wo ist der flinke Planet am Himmel zu finden? Mythologie und Forschung Was haben Diebe und Handlungsreisende gemeinsam? Wie sieht die Oberfläche von Merkur aus? Warum ist es so schwierig, eine Sonde in eine Merkurumlaufbahn zu bringen? Die Schülerinnen und Schüler können Bewegung und Phasen des Merkur erklären und schulen ihr räumliches Vorstellungsvermögen. sehen Merkur mit eigenen Augen. erkennen und erklären die relativ schnelle Bewegung von Merkur am Himmel. lernen die charakteristischen Eigenschaften des Merkur und die NASA-Mission Messenger kennen. planen eine astronomische Beobachtung gemeinsam und erleben sie zusammen mit Mitschülern, Lehrpersonen, Eltern, Freundinnen oder Freunden. kennen und nutzen Planetarium-Software als Werkzeug zur Planung astronomischer Beobachtungen. Merkur umkreist die Sonne in einem mittleren Abstand von 58 Millionen Kilometern. Das entspricht etwa einem Drittel der Entfernung von der Erde zur Sonne. Die seltene Erscheinung des Planeten am Morgen- und Abendhimmel ist die Folge seiner Sonnennähe. Er ist nur nach Sonnenuntergang über dem westlichen Horizont oder vor Sonnenaufgang über dem östlichen Horizont zu sehen - allerdings selten länger als eine Stunde -, wenn er sich aus unserer Blickrichtung weit genug "seitlich" von der Sonne befindet. Aufgrund seiner horizontnahen Position bietet die visuelle Beobachtung des Planeten mit einem Teleskop meist einen enttäuschenden Anblick: Dunstschichten und Turbulenzen in der Atmosphäre sorgen dafür, dass Merkur unscharf erscheint und bei hohen Vergrößerungen sogar im Blickfeld "umhertanzt" und "amorph" wirkt. Die Phasen des Merkur sind - im Gegensatz zu denen der Venus - daher nur schwer zu beobachten. Zudem macht sich bemerkbar, dass der mit einem Durchmesser von 4.800 Kilometern kleinste Planet des Sonnensystems weiter von uns entfernt ist als die Venus, deren Sichelform bereits mit einem Feldstecher gut erkennbar ist. Abb. 1 zeigt ein Foto des Merkur von Jens Hackmann. Der innerhalb der Erdbahn kreisende Merkur "pendelt" von uns aus gesehen zwischen der größten westlichen und der größten östlichen Elongation hin und her (Abb. 2). Im Gegensatz zu Mars und den äußeren Planeten ist bei den inneren Planeten Merkur und Venus zwischen der unteren und der oberen Konjunktion zu unterscheiden. In den Zeiten um beide Konjunktionen herum befinden sich die inneren Planeten nahe bei der Sonne am Taghimmel und sind nicht zu beobachten (ähnlich der "Neumondsituation"). Ein Java-Applet von Rob Scharein veranschaulicht dynamisch die Entstehung der Phasen bei den inneren Planeten Venus und Merkur. Sonne, Erde und die Bewegung des inneren Planeten werden in der Aufsicht dargestellt. Zeitgleich sieht man - aus der Perspektive irdischer Beobachter - die Entwicklung der Phasen und die Veränderungen der Größe des Planetenscheibchens. Mit fast 50 Kilometern pro Sekunde weist Merkur die höchste mittlere Bahngeschwindigkeit aller Planeten auf. Seine Umlaufzeit beträgt 88 Tage. Die relativ zügige Bewegung des Planeten am Himmel, sein kurzes Erscheinen und das schnelle Verschwinden machten ihn nicht nur zum Götterboten der Griechen (Hermes) und Römer, sondern auch zum Schutzgott der Handlungsreisenden - und dem der Diebe, da er nach deren Gepflogenheit nur kurz auftaucht, um dann wieder zu verschwinden. Seine "Flüchtigkeit" am Himmel steht auch in Beziehung zu der lateinischen Bezeichnung für das bei Raumtemperatur flüssige Quecksilber, "mercurius". "Mercurius incognitus" Merkur gehört zu den am wenigsten erforschten Planeten. Nicht einmal 50 Prozent seiner Oberfläche sind kartiert. Die bisher bekannte Topographie geht auf den zweimaligen Vorbeiflug der Raumsonde Mariner 10 in der Mitte der siebziger Jahre zurück. Seine Oberfläche ist von Kratern übersäht und ähnelt der des Mondes (Abb. 3). In 58 Tagen dreht er sich einmal um die eigene Achse. In Kombination mit der Umlaufzeit von 88 Tagen ergibt sich daraus die Länge eines Merkurtages zu 176 Erdentagen. Da eine dichte Atmosphäre, die Temperaturunterschiede mildert, fehlt, herrschen auf Merkur die größten Temperaturunterschiede im gesamten Sonnensystem: Während die der Sonne abgewandte Seite des Planeten auf mehr als -180 Grad Celsius abkühlt, wurden auf der Tagesseite Temperaturen von über 400 Grad Celsius gemessen. Blei würde auf der Merkuroberfläche im Sonnenlicht wie Butter dahinschmelzen. Die Merkursonde Messenger Die im Jahr 2004 gestartete Raumsonde der NASA wird im März 2011 in eine Merkurumlaufbahn einschwenken und die gesamte Oberfläche des Planeten erforschen. Eine Sonde in eine Umlaufbahn des Merkur zu bringen ist kein einfaches Unterfangen: Die Gravitation der Sonne beschleunigt die Raumsonde nämlich enorm, während die Anziehung des Merkur nur sehr schwach ist. Daher wird Messenger über ein kompliziertes Manöver, das drei Vorbeiflüge an Merkur einschließt, in die Umlaufbahn des Planeten gebracht. Die ersten beiden Vorbeiflüge hat der Orbiter bereits hinter sich (beide im Jahr 2008), das dritte Rendezvous erfolgte im September 2009. Abb. 3 zeigt ein Foto, das beim ersten Messenger-Vorbeiflug aufgenommen wurde. Literatur Die astronomischen Jahrbücher informieren über die wesentlichen Ereignisse und deren Begleitumstände: Ahnert Astronomisches Jahrbuch, Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft (Heidelberg) Keller Kosmos Himmelsjahr, Kosmos Verlag (Stuttgart)

In dieser Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler am Beispiel eines stets aktuellen und jugendnahen Themas - Vandalismus -, wie man professionell eine Reportage durchführt und anschließend die Ergebnisse multimedial darstellt."Ich find's cool", sagt der eine, "so eine Sauerei", schimpft die andere, und "schon wieder etwas zu reparieren" stellt der Mitarbeiter der Stadtverwaltung freudlos fest. Vandalismus ist ein weltweites Problem, seit es Menschen gibt. Dabei handelt es sich um echte Straftatbestände, die zumeist von Jugendlichen und jungen Erwachsenen begangen werden. Doch wo sind die "Tatorte" in unserem Schulort? Eine multimediale Reportage enthüllt, wie Betroffene fühlen, was Expertinnen und Experten raten und welche Vorschläge die Schülerinnen und Schüler selber zum Vorgehen gegen Vandalismus haben. Alternativ kann auch eine Zeitungsseite erstellt werden.Die Schülerinnen und Schüler lernen in dieser Sequenz, wie man professionell eine Reportage durchführt und anschließend die Ergebnisse anschaulich darstellt, sodass man möglichst viele Leserinnen und Leser mit dem Inhalt sachlich informiert, aber auch berührt und zum Nachdenken anregt. Dabei trainieren die Jugendlichen nicht nur den Umgang mit modernen Medien, sondern lernen auch die spezielle Situation bezüglich Vandalismus in ihrer Heimatstadt kennen, führen vielfältige Gespräche mit Expertinnen und Experten und erarbeiten im Laufe des Projekts alle Grundlagen, um sich selber einen fundierten Standpunkt zu dieser Problematik zu erarbeiten. Hintergrundinformationen Hier erfahren Sie Wissenswertes über die Rahmenbedingungen des Projekts und lesen, worauf man bei den Vorbereitungen und der Durchführung achten sollte. Ablauf der Unterrichtseinheit Die Jugendlichen erstellen in Teams eine multimediale Reportage zum Thema Vandalismus in ihrem Schulort, die als Mediator-Show auf CD-ROM präsentiert wird. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen die Brennpunkt-Tatorte für Vandalismus in ihrer Schulgemeinde ermitteln und fotografieren. den Begriff "Vandalismus" erklären können. Fragenkataloge für die gewählten Expertinnen und Experten vorbereiten. eine Befragung durchführen und die Ergebnisse dokumentieren. ihre Gruppenergebnisse in die Computeranwendung einarbeiten. ihren eigenen Standpunkt und Vorschläge zum Vorgehen gegen Vandalismus formulieren können. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen die Motive fachgerecht und von verschiedenen Seiten fotografieren. Fotos auf den Computer übertragen und in einem Bildbearbeitungsprogramm nachbearbeiten. mithilfe einer Autorensoftware (Mediator) eine multimediale Reportage erstellen. mit einem Textverarbeitungsprogramm arbeiten. ein MindMap-Programm einsetzen. mit einem Zeichenprogramm Zeichnungen, Animationen und ein Cover erstellen. im Internet recherchieren und E-Mails schreiben. mit einem Musikprogramm eine eigene Hintergrundmusik komponieren. Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen eigenverantwortlich die Bilddokumentation erstellen. ihre Arbeit zeitlich so planen und erledigen, dass der vorgegebene Zeitrahmen eingehalten wird. in der Gruppe die Arbeit selbst organisieren und Ergebnisse geordnet in die CD-ROM einarbeiten. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen in unterschiedlichen Teams zusammen arbeiten. sich gegenseitig unterstützen und helfen sowie Hilfe einfordern, wo sie nötig ist. mit den Fachleuten einen freundlichen, interessierten und aufgeschlossenen Umgang üben und pflegen. Thema Vandalismus: Scherben - Splitter - Schmierereien Autorin Heidi Haaf Fächer WZG (Welt-Zeit-Gesellschaft), Politik, Deutsch, Informatik Zielgruppe ab Klasse 8 alle Schularten, erprobt mit einer neunten Hauptschule-Klasse Zeitraum circa 21 bis 23 Stunden: WZG 14 bis 16 Stunden, Deutsch 6 Stunden, Informatik 3 Stunden Fachliche Vorraussetzungen Allgemeine Erfahrungen im Umgang mit dem Computer, Grundkenntnisse in der Bildbearbeitung, Textverarbeitung und Autorensoftware hilfreich Technische Voraussetzungen Rechner in ausreichender Zahl mit Bildbearbeitungsprogramm (zum Beispiel Corel Photopaint), Autorensoftware (zum Beispiel Mediator), MindMap-Programm, Internetzugang, Musik-Software (zum Beispiel von Magix), GIF-Animationsprogramm (zum Beispiel Gif-Animator) Vorkenntnisse vorhanden Das Projektthema Vandalismus benötigt nur wenig Anschub, es zündet bei Jugendlichen sozusagen von selbst. In lebhaften Gesprächen enthüllen die Schülerinnen und Schüler ein Vorwissen und eine Sachkenntnis über die Brennpunktstellen in ihrem Heimatort, das manche Lehrkraft in Staunen versetzen könnte. Schnell wird man feststellen, dass sich die Schülerinnen und Schüler genau an diesen Stellen oft aufhalten und wissen, "was dort abgeht". Und nun dürfen sie einmal darüber berichten! Diese Chance lässt sich kaum einer entgehen. Besonders Mutige geben sogar zu, dass sie diesbezüglich auch schon einmal aktiv waren ... Selbstständigkeit fördern Aufgrund dieser Vorkenntnisse eignet sich das Projekt in besonderer Weise, um die Selbstständigkeit der Jugendlichen zu fördern. Man kann sie problemlos allein auf eine Fotoreportage oder zu Umfragen von Betroffenen schicken. Es ist für diese Altersklasse geradezu reizvoll, Dinge zu fotografieren, die man normalerweise nicht fotografiert, es hat einen Hauch von etwas "Verbotenem". Ihre Foto-Ausbeute zeigen alle später mit Vergnügen in der Klasse und trainieren so nebenbei das Präsentieren. Positive Erfahrungen Ähnlich positive Erfahrungen wird man bei der Einbeziehung der meisten Expertinnen und Experten machen. Viele von ihnen sind geradezu begeistert, dass sich eine Schulklasse des leidigen Themas Vandalismus einmal annimmt und darüber nachdenkt, was man gegen sinnlose Zerstörungen machen kann. So wurde in diesem Beispiel an einem Vormittag der Schulbus-Unternehmer angerufen, und drei Stunden später stand er bereits vor der Schulklasse mit aufgeschlitzten Sitzen, abgeschabten Haltegriffen und kleinen Geschenken für die gegen solche Zerstörungen engagierten Schülerinnen und Schülern. Dieses Erlebnis hat sie nachhaltig beeindruckt. Fragenkatalog vorab zuschicken Ein Busunternehmer kann problemlos spontan auf alle Fragen der Schülerinnen und Schüler antworten, doch die meisten Expertinnen und Experten sind dankbar, wenn man Ihnen den Fragenkatalog der jeweiligen Gruppe vorab per E-Mail zuschickt, sodass sie sich vorbereiten können. Nachdem alle Vorarbeiten abgeschlossen sind (Fotos in Ordnern gesammelt, Fragebögen beantwortet), bespricht die Lehrkraft den grundsätzlichen Aufbau einer Reportage und gibt Tipps für eine ansprechende Umsetzung. So ist es zum Beispiel gut möglich, alle Tatorte in gleicher Weise in die Mediator-Show einzubringen, doch bei den Interviews würde ein immer gleicher Stil die Leser langweilen. Hier ist die Klasse gefordert, Vorschläge für alternative Darstellungen zu machen, die den Zeitrahmen nicht sprengen. Die Klasse als Team Bei der freien Projektarbeit ist die Klasse ein Team, bei dem jede Schülerin und jeder Schüler ihre oder seine speziellen Fähigkeiten bestmöglich zur Verfügung stellt, sodass das gemeinsam gesteckte Ziel schnell und mit hoher Qualität erreicht wird. Eine goldene Regel dabei ist: "Jeder hilft jedem und keiner steht dumm rum." Diese freie Aufgabenverteilung hat auch zur Folge, dass manche Aufgaben nur von wenigen oder gar von nur einer oder einem Jugendlichen übernommen werden, beispielsweise das Erstellen der Hintergrundmusik oder der Sprachschnitt. Die Lernziele werden also nicht von allen gleichermaßen erreicht. Steht ausreichend Zeit für eine Vertiefung des Projekts zur Verfügung, so können weitere Expertinnen, Experten oder Betroffene befragt werden, zum Beispiel ein Hausmeister oder eine Jugendsozialarbeiterin. kann die Klasse eine Erkundung vornehmen (beispielsweise zum Betriebshof des Schulbus-Unternehmers und zum Jugendrichter zu einer Gerichtsverhandlung). kann ein Vergleich mit der Nachbarstadt stattfinden. kann ein Artikel über die Projektergebnisse an die örtliche Presse geschickt werden. kann ein Bericht auf der Schulhomepage veröffentlicht werden. kann die Klasse eine andere Schule am Ort mit ihrer Mediator-Show informieren. Steht zu wenig Zeit für die ausführliche Bearbeitung des Projekts zur Verfügung, so kann das Projekt auf zwei Tatorte und zwei Expertinnen oder Experten reduziert werden. führt man das Projekt nur am Tatort der eigenen Schule durch. kann die Lehrkraft das hier vorgestellte Beispiel (Mediator-Show) verstärkt zur Anregung, Information und Ergänzung des Unterrichts einsetzen und nicht erst zum Schluss. Alternativ zur multimedialen Mediator-Show kann die Reportage auch ganz klassisch für eine Veröffentlichung in der örtlichen Presse erstellt werden. In diesem Fall bietet es sich an, mit einem Zeitungsreporter Kontakt aufzunehmen und eventuell eine Betriebserkundung in die Redaktion der Zeitung zu unternehmen. Kennenlernen des Projektthemas Die Lehrkraft informiert die Klasse über das neue Projektthema "Eine multimediale Reportage zum Thema Vandalismus in unserem Schulort". Dabei nutzt sie zur Veranschaulichung die Möglichkeiten vor Ort. Klassengespräch Die Jugendlichen äußern sich spontan zum Thema, sammeln Vorwissen und Erfahrungen. In Gruppen bearbeiten die Schülerinnen und Schüler die folgenden drei Fragen schriftlich: "Welche Orte, Treffpunkte und Plätze fallen euch ein, an denen man Spuren von Vandalismus in unserem Schulort findet?" "Stellt Vermutungen an, wer fremde Sachen beschädigt und warum." "Überlegt, welche Schäden für wen entstehen und wer dafür aufkommen muss." Zusatz für schnelle Gruppen: "Wie könnte man aus eurer Sicht diese Beschädigungen und Zerstörungen verhindern?" Während der Gruppenarbeit bereitet die Lehrkraft die Überschriften für die Stellwand vor. Ergebnisse vorstellen Die einzelnen Gruppen stellen ihre Ergebnisse vor. Dabei schreiben ausgewählte Jugendliche die einzelnen Antworten auf Kärtchen, sodass diese im Anschluss an einer Stellwand befestigt werden können und so einen Überblick über die Vermutungen der Klasse ergeben. Planen des weiteren Vorgehens Für die Fotoreportage werden vier Brennpunkt-Tatorte ausgewählt. Die Klasse bildet vier Gruppen, jede Gruppe übernimmt einen Tatort. Die Jugendlichen sprechen sich ab, wer wann fotografiert (siehe Hausaufgabe). Sie erhalten Tipps, worauf man beim Fotografieren achten sollte. Im Plenum wird überlegt, welche Expertinnen und Experten zur Sachlage befragt werden könnten. In diesem Beispiel wurden folgende fünf gewählt: der Schulbusunternehmer, die Jugendpolizei, die Stadtverwaltung, eine Jugendrichterin und ein Versicherungskaufmann. Internetrecherche In Partnerarbeit recherchieren die Schülerinnen und Schüler zur Herkunft und Bedeutung des Wortes Vandalismus. Ergebnisse werden schriftlich festgehalten oder Quellentext zur späteren Verwendung einmal ausgedruckt. Zusatz Die Expertinnen und Experten können von einzelnen Schülerinnen oder Schülern noch in der Unterrichtszeit angerufen und um Mitarbeit gebeten werden. Die vier Gruppen erhalten eine Woche Zeit, um ihren Tatort mit der Digitalkamera zu fotografieren. Sie bringen ihre Fotografien mit in die Schule und überspielen die Bilder in einen speziellen Ordner im Schulnetzwerk oder auf der Lernplattform der Schule. In der Zwischenzeit nimmt die Lehrkraft mit allen Expertinnen und Experten Kontakt auf und vereinbart mit ihnen Besuche in der Schule oder bittet um die Erlaubnis, einen Fragebogen senden zu dürfen. Präsentation der Bilder Aus jeder Gruppe präsentieren ein bis zwei Jugendliche die Aufnahmen vom gewählten Tatort. Dabei kann im Plenum schon besprochen werden, welches Bild unbedingt in die Mediator-Show muss oder welche Bilder sich für das Layout und für das Cover eignen. Einschätzung der Situation Im Lehrer-Schüler-Gespräch versucht die Klasse, die Situation einzuschätzen: Wo ist es am schlimmsten, wer ist am meisten betroffen, wo könnte man mit Anwohnern und Betroffenen reden? Gibt es Ideen, wie man die Beschädigungen verhindern könnte? Einzelne Schülerinnen und Schüler, die passende Gesprächspartner finden, um die Aufgabe übernehmen zu können, recherchieren, indem sie ein Interview mit einem oder einer Betroffenen durchführen. Es können auch Passanten vor Ort befragt werden. Zur Veranschaulichung nehmen die Interviewer einzelne Bilder des Tatorts mit. Dabei stehen zwei Fragen im Mittelpunkt: Was stört Sie am meisten? Welche Vorschläge haben Sie zum Vorgehen gegen Vandalismus hier an diesem Ort? Fragebogen erstellen Die Klasse erarbeitet gemeinsam einen Fragebogen für den Experten, der zuerst in den Unterricht kommt. Eine geübte Schülerin oder ein Schüler tippt gleich mit (Beamerprojektion). Die Fragen sollten anschließend noch in eine sinnvolle Reihenfolge gebracht werden. Gruppenarbeit Die Klasse bildet so viele Gruppen, wie es weitere Expertinnen und Experten gibt und bereitet in der Gruppe einen speziellen Fragebogen für den jeweiligen Experten vor. Wenn genügend Zeit bleibt, werden die Fragen gleich getippt und ausgedruckt. Ansonsten nimmt jemand aus der Gruppe die Fragen mit nach Hause und tippt sie dort ab. Die Expertin oder der Experte besucht die Klasse im Unterricht und wird anhand des vorbereiteten Fragebogens befragt. Spontane Fragen werden mit aufgenommen. Die Antworten werden dokumentiert. Die restlichen Expertinnen und Experten werden befragt. Dies kann in der Schule, bei den Experten am Arbeitsplatz oder per E-Mail oder Post geschehen und muss individuell organisiert werden. In vorliegenden Fall waren die Polizisten und der Versicherungskaufmann in der Schule, die anderen antworteten per E-Mail. Einige Antworten sollte man mit dem Mikrofon aufnehmen, um später auch Hörbeiträge zu haben. MindMap zur CD-ROM-Struktur Am Laptop/Beamer entwickeln die Schülerinnen und Schüler gemeinsam eine Struktur für ihre CD-ROM, die neben den eigentlichen Inhalten auch eine Einführungs-, Ende- und Autorenseite beinhaltet. Eine Spielseite kann mit eingeplant werden. Gruppenarbeit In Kleingruppen überlegen die Jugendlichen, wie man das Layout der CD-ROM gestalten könnte und bringen ihre Ideen im Plenum ein. Partnerarbeit Am Computer oder am Arbeitsplatz entwickeln die Schülerinnen und Schüler in Partnerarbeit einige der Ideen. Dabei kann sich eine Gruppe auch schon mit der Gestaltung des gemeinsam durchgeführten Interviews beschäftigen. In dieser freien Projektarbeitsphase organisieren sich die Schülerinnen und Schüler meist selbst. Durch die Vorarbeit ist jede und jeder für einen Tatort und für einen der Experten verantwortlich. Wenn nötig, trifft sich die Klasse zu Absprachen und zur Ideenfindung. Dabei erfüllt die gesamte Klasse als Team folgende Aufgaben: Layout erstellen mit Vorgaben für die Unterseiten Texte schreiben Bilder bearbeiten Diashows einarbeiten Zeichnungen erstellen Sprache aufnehmen und schneiden Inhalte animieren Spiel erfinden und programmieren Unterseiten in die Hauptshow kopieren Verschaltungen programmieren Rolle der Lehrkraft Die Lehrerin oder der Lehrer berät, kontrolliert, vermittelt und ermöglicht, dass die speziellen Begabungen einzelner zum Einsatz kommen, beispielsweise bei der Anfertigung von Zeichnungen. Im Klassenverband findet eine Diskussion statt: Was kann man gegen Vandalismus tun? Wie kann man vorbeugen? Was könnte man konkret in unserem Schulort verbessern? Die Ergebnisse werden festgehalten. Die Jugendlichen überlegen, wie sie ihre Ergebnisse anschaulich in die CD-ROM einarbeiten können. Die Klasse arbeitet in variablen Gruppen. Einige bauen die Diskussionsergebnisse in die CD-ROM ein, andere beschäftigen sich mit der Gestaltung eines Covers und dem Inlaytext. Wer Zeit hat, beginnt bereits mit der Vorbereitung des Autorenkapitels. In Einzelarbeit schreiben alle Schülerinnen und Schüler eine persönliche Stellungnahme zum Projektthema und -ablauf. Dabei soll einfließen, ob sie jetzt anders über die Sachlage denken als vorher. Sie formulieren auch ihre persönlichen Vorschläge für Maßnahmen zur Verbesserung der Lage und ihre Vermutungen für die Entwicklung in der Zukunft. Einige Freiwillige lesen ihren Text vor. Die Klasse kann Stellung dazu nehmen. In Partnerarbeit testen die Schülerinnen und Schüler die CD-ROM systematisch. Alle Fehler werden notiert und am Ende verbessert. Jede Gruppe bedankt sich bei "ihrem" Experten und formuliert einen Brief an ihn. Alle erhalten auch eine CD-ROM zur Erinnerung an das Projekt. Zum Abschluss der Einheit präsentiert die Lehrkraft die im Rahmen des hier vorgestellten Projekts entstandene Vandalismusshow. So kann die Klasse die Tatorte, die Expertenmeinungen, die eigene Einschätzung und die Vorschläge der Jugendlichen mit ihren eigenen Ergebnissen vergleichen.